| <!DOCTYPE html> | | <!DOCTYPE html> |
| <html lang="ru"> | | <html lang="ru"> |
| | | |
| <head> | | <head> |
| <meta charset="utf-8"> | | <meta charset="utf-8"> |
| <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0"> | | <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0"> |
| <meta http-equiv="content-language" content="ru"> | | <meta http-equiv="content-language" content="ru"> |
| <meta name="keywords" content="решение, савченко, оливер, яковлевич, о.я., сборник задач по физике, решебник"> | | <meta name="keywords" content="решение, савченко, оливер, яковлевич, о.я., сборник задач по физике, решебник"> |
| <meta name="description" content="а) Проволочная рамка в виде окружности с током может вращаться вокруг горизонтальной оси OO^\prime. Масса единицы длины проволоки \rho, ток в рамке I. Рамка находится в магнитном поле индукции B, направленном вдоль поля тяжести. Определите угол отклонения плоскости окружности от вертикали. б) Проволочная рамка в виде окружности имеет по диаметру проволочную перемычку, параллельную горизонтальной оси OO^\prime , вокруг которой рамка может вращаться. Масса единицы длины рамки и перемычки одинакова и равна \rho. Ток, входящий в рамку, равен I. Рамка находится в магнитном поле индукции B, направленном параллельно полю тяжести. На какой угол от вертикали отклонится рамка?"> | | <meta name="description" content="а) Проволочная рамка в виде окружности с током может вращаться вокруг горизонтальной оси OO^\prime. Масса единицы длины проволоки \rho, ток в рамке I. Рамка находится в магнитном поле индукции B, направленном вдоль поля тяжести. Определите угол отклонения плоскости окружности от вертикали. б) Проволочная рамка в виде окружности имеет по диаметру проволочную перемычку, параллельную горизонтальной оси OO^\prime , вокруг которой рамка может вращаться. Масса единицы длины рамки и перемычки одинакова и равна \rho. Ток, входящий в рамку, равен I. Рамка находится в магнитном поле индукции B, направленном параллельно полю тяжести. На какой угол от вертикали отклонится рамка?"> |
| <meta name="author" content="Aliaksandr Melnichenka"> | | <meta name="author" content="Aliaksandr Melnichenka"> |
| <meta name="date" content="2023-10" scheme="YYYY-MM"> | | <meta name="date" content="2023-10" scheme="YYYY-MM"> |
| <meta property="og:title" content="а) Проволочная рамка в виде окружности с током может вращаться вокруг горизонтальной оси OO^\prime. Масса единицы длины проволоки \rho, ток в рамке I. Рамка находится в магнитном поле индукции B, направленном вдоль поля тяжести. Определите угол отклонения плоскости окружности от вертикали. б) Проволочная рамка в виде окружности имеет по диаметру проволочную перемычку, параллельную горизонтальной оси OO^\prime , вокруг которой рамка может вращаться. Масса единицы длины рамки и перемычки одинакова и равна \rho. Ток, входящий в рамку, равен I. Рамка находится в магнитном поле индукции B, направленном параллельно полю тяжести. На какой угол от вертикали отклонится рамка?"> | | <meta property="og:title" content="а) Проволочная рамка в виде окружности с током может вращаться вокруг горизонтальной оси OO^\prime. Масса единицы длины проволоки \rho, ток в рамке I. Рамка находится в магнитном поле индукции B, направленном вдоль поля тяжести. Определите угол отклонения плоскости окружности от вертикали. б) Проволочная рамка в виде окружности имеет по диаметру проволочную перемычку, параллельную горизонтальной оси OO^\prime , вокруг которой рамка может вращаться. Масса единицы длины рамки и перемычки одинакова и равна \rho. Ток, входящий в рамку, равен I. Рамка находится в магнитном поле индукции B, направленном параллельно полю тяжести. На какой угол от вертикали отклонится рамка?"> |
| <meta property="og:image" content="img/logo.png"> | | <meta property="og:image" content="img/logo.png"> |
| <meta property="og:description" content="а) Проволочная рамка в виде окружности с током может вращаться вокруг горизонтальной оси OO^\prime. Масса единицы длины проволоки \rho, ток в рамке I. Рамка находится в магнитном поле индукции B, направленном вдоль поля тяжести. Определите угол отклонения плоскости окружности от вертикали. б) Проволочная рамка в виде окружности имеет по диаметру проволочную перемычку, параллельную горизонтальной оси OO^\prime , вокруг которой рамка может вращаться. Масса единицы длины рамки и перемычки одинакова и равна \rho. Ток, входящий в рамку, равен I. Рамка находится в магнитном поле индукции B, направленном параллельно полю тяжести. На какой угол от вертикали отклонится рамка?"> | | <meta property="og:description" content="а) Проволочная рамка в виде окружности с током может вращаться вокруг горизонтальной оси OO^\prime. Масса единицы длины проволоки \rho, ток в рамке I. Рамка находится в магнитном поле индукции B, направленном вдоль поля тяжести. Определите угол отклонения плоскости окружности от вертикали. б) Проволочная рамка в виде окружности имеет по диаметру проволочную перемычку, параллельную горизонтальной оси OO^\prime , вокруг которой рамка может вращаться. Масса единицы длины рамки и перемычки одинакова и равна \rho. Ток, входящий в рамку, равен I. Рамка находится в магнитном поле индукции B, направленном параллельно полю тяжести. На какой угол от вертикали отклонится рамка?"> |
| <meta name="yandex-verification" content="6cfda41f74038368"> | | <meta name="yandex-verification" content="6cfda41f74038368"> |
| <title>а) Проволочная рамка в виде окружности с током может вращаться вокруг горизонтальной оси OO^\prime. Масса единицы длины проволоки \rho, ток в рамке I. Рамка находится в магнитном поле индукции B, направленном вдоль поля тяжести. Определите угол отклонения плоскости окружности от вертикали. б) Проволочная рамка в виде окружности имеет по диаметру проволочную перемычку, параллельную горизонтальной оси OO^\prime , вокруг которой рамка может вращаться. Масса единицы длины рамки и перемычки одинакова и равна \rho. Ток, входящий в рамку, равен I. Рамка находится в магнитном поле индукции B, направленном параллельно полю тяжести. На какой угол от вертикали отклонится рамка?</title> | | <title>а) Проволочная рамка в виде окружности с током может вращаться вокруг горизонтальной оси OO^\prime. Масса единицы длины проволоки \rho, ток в рамке I. Рамка находится в магнитном поле индукции B, направленном вдоль поля тяжести. Определите угол отклонения плоскости окружности от вертикали. б) Проволочная рамка в виде окружности имеет по диаметру проволочную перемычку, параллельную горизонтальной оси OO^\prime , вокруг которой рамка может вращаться. Масса единицы длины рамки и перемычки одинакова и равна \rho. Ток, входящий в рамку, равен I. Рамка находится в магнитном поле индукции B, направленном параллельно полю тяжести. На какой угол от вертикали отклонится рамка?</title> |
| <link rel="stylesheet" href="https://savchenkosolutions.com/css/css-latex/style.css"> | | <link rel="stylesheet" href="https://savchenkosolutions.com/css/css-latex/style.css"> |
| <link rel="icon" href="https://savchenkosolutions.com/img/logo.png" type="image/png"> | | <link rel="icon" href="https://savchenkosolutions.com/img/logo.png" type="image/png"> |
| <script src="https://savchenkosolutions.com/js/jquery-1.10.1.min.js"></script> | | <script src="https://savchenkosolutions.com/js/jquery-1.10.1.min.js"></script> |
| <script async src="https://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/mathjax/2.7.7/MathJax.js?config=TeX-MML-AM_CHTML"></script> | | <script async src="https://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/mathjax/2.7.7/MathJax.js?config=TeX-MML-AM_CHTML"></script> |
| <script type="text/x-mathjax-config"> | | <script type="text/x-mathjax-config"> |
| MathJax.Hub.Config({ | | MathJax.Hub.Config({ |
| extensions: ['tex2jax.js'], | | extensions: ['tex2jax.js'], |
| jax: ['input/TeX', 'output/HTML-CSS'], | | jax: ['input/TeX', 'output/HTML-CSS'], |
| tex2jax: { | | tex2jax: { |
| inlineMath: [['$', '$'], ['$', '$']], | | inlineMath: [['$', '$'], ['$', '$']], |
| processEscapes: true, | | processEscapes: true, |
| processClass: 'tex2jax', | | processClass: 'tex2jax', |
| ignoreClass: 'html' | | ignoreClass: 'html' |
| }, | | }, |
| showProcessingMessages: false, | | showProcessingMessages: false, |
| messageStyle: 'none' | | messageStyle: 'none' |
| }); | | }); |
| </script> | | </script> |
| </head> | | </head> |
| <body style=""> | | <body style=""> |
| <header style="text-align:center;"> | | <header style="text-align:center;"> |
| <a href="../../" style="text-decoration: none;"> | | <a href="../../" style="text-decoration: none;"> |
| <div id="logo"> | | <div id="logo"> |
| <span><img src="../../img/book.png"></span><span>Savchenko Solutions</span> | | <span><img src="../../img/book.png"></span><span>Savchenko Solutions</span> |
| </div> | | </div> |
| </a> | | </a> |
| <p class="author"> | | <p class="author"> |
| Solutions of Savchenko Problems in Physics <br> | | Solutions of Savchenko Problems in Physics <br> |
| <i><b>knowledge must be free</b></i> | | <i><b>knowledge must be free</b></i> |
| </p> | | </p> |
| </header> | | </header> |
| | | |
| <h3 id="back-link"><a href="../../ru#9.1">$\leftarrow$Назад</a></h3> | | <h3 id="back-link"><a href="../../ru#9.1">$\leftarrow$Назад</a></h3> |
| | | |
| <h3> Условие </h3> | | <h3> Условие </h3> |
| <p> | | <p> |
| $9.1.11.$ а) Проволочная рамка в виде окружности с током может вращаться вокруг горизонтальной оси $OO^\prime$. Масса единицы длины проволоки $\rho$, ток в рамке $I$. Рамка находится в магнитном поле индукции B, направленном вдоль поля тяжести. Определите угол отклонения плоскости окружности от вертикали. </p><p> | | $9.1.11.$ а) Проволочная рамка в виде окружности с током может вращаться вокруг горизонтальной оси $OO^\prime$. Масса единицы длины проволоки $\rho$, ток в рамке $I$. Рамка находится в магнитном поле индукции B, направленном вдоль поля тяжести. Определите угол отклонения плоскости окружности от вертикали. </p><p> |
| б) Проволочная рамка в виде окружности имеет по диаметру проволочную перемычку, параллельную горизонтальной оси $OO^\prime$ , вокруг которой рамка может вращаться. Масса единицы длины рамки и перемычки одинакова и равна $\rho$. Ток, входящий в рамку, равен $I$. Рамка находится в магнитном поле индукции $B$, направленном параллельно полю тяжести. На какой угол от вертикали отклонится рамка? | | б) Проволочная рамка в виде окружности имеет по диаметру проволочную перемычку, параллельную горизонтальной оси $OO^\prime$ , вокруг которой рамка может вращаться. Масса единицы длины рамки и перемычки одинакова и равна $\rho$. Ток, входящий в рамку, равен $I$. Рамка находится в магнитном поле индукции $B$, направленном параллельно полю тяжести. На какой угол от вертикали отклонится рамка? |
| </p> | | </p> |
| <center> | | <center> |
| <figure> | | <figure> |
| <img src="statement.png" | | <img src="statement.png" |
| loading="lazy" width="380" /> | | loading="lazy" width="380" /> |
| <figcaption> | | <figcaption> |
| К задаче $9.1.11$ | | К задаче $9.1.11$ |
| </figcaption> | | </figcaption> |
| </figure> | | </figure> |
| </center> | | </center> |
| <p> | | <p> |
| </p> | | </p> |
| | | |
| <h3>Решение</h3> | | <h3>Решение</h3> |
| <p> | | <p> |
| а) Используя выражение для момента силы магнитного поля, полученного в <a href="../9.1.10">9.1.10</a>, $\vec{N} = [\vec{M} \times \vec{B}]$ получаем | | а) Используя выражение для момента силы магнитного поля, полученного в <a href="../9.1.10">9.1.10</a>, $\vec{N} = [\vec{M} \times \vec{B}]$ получаем |
| $$N = BIS\cdot \cos \alpha = \pi R^2BI \cdot \cos \alpha$$ | | $$N = BIS\cdot \cos \alpha = \pi R^2BI \cdot \cos \alpha$$ |
| при этом момент силы тяжести: | | при этом момент силы тяжести: |
| $$M_{mg} = Rmg\cdot \cos \alpha = 2\pi R^2\rho g\cdot \sin \alpha$$ | | $$M_{mg} = Rmg\cdot \cos \alpha = 2\pi R^2\rho g\cdot \sin \alpha$$ |
| эти моменты равны: | | эти моменты равны: |
| $$2\pi R^2\rho g \cdot \sin \alpha = \pi BI R^2 \cdot \cos \alpha$$ | | $$2\pi R^2\rho g \cdot \sin \alpha = \pi BI R^2 \cdot \cos \alpha$$ |
| после преобразований, получаем | | после преобразований, получаем |
| $$\boxed{\tan\alpha = \frac{BI}{2\rho g}}$$ | | $$\boxed{\tan\alpha = \frac{BI}{2\rho g}}$$ |
| б) Найдём момент силы тяжести: | | б) Найдём момент силы тяжести: |
| $$M_{mg} = mgR\cdot \sin \alpha = (2\pi R + 2R)\rho gR \cdot \sin \alpha $$ | | $$M_{mg} = mgR\cdot \sin \alpha = (2\pi R + 2R)\rho gR \cdot \sin \alpha $$ |
| $$M_{mg} = 2R^2\rho g(1+\pi) \cdot \sin \alpha$$ | | $$M_{mg} = 2R^2\rho g(1+\pi) \cdot \sin \alpha$$ |
| Теперь, изначальный контур представим как два наложенных контура с токами $I_1$ и $I_2$ такими что, $I = I_1 + I_2$, контур с $I_2$ — это полуокружность с перегородкой, контур с $I_1$ — это кольцо без перегородки, тогда из параллельного соединения следует что: $I_1\cdot \pi R = I_2 \cdot 2R$ тогда | | Теперь, изначальный контур представим как два наложенных контура с токами $I_1$ и $I_2$ такими что, $I = I_1 + I_2$, контур с $I_2$ — это полуокружность с перегородкой, контур с $I_1$ — это кольцо без перегородки, тогда из параллельного соединения следует что: $I_1\cdot \pi R = I_2 \cdot 2R$ тогда |
| $$I_1 = I_2\cdot \frac{2}{\pi}$$ | | $$I_1 = I_2\cdot \frac{2}{\pi}$$ |
| $$I = I_1 + I_2 = I_2\left(1+\frac{2}{\pi}\right)$$ | | $$I = I_1 + I_2 = I_2\left(1+\frac{2}{\pi}\right)$$ |
| $$I_1 = I\cdot \frac{2}{\pi+2}; \quad $$ | | $$I_1 = I\cdot \frac{2}{\pi+2}; \quad $$ |
| Тогда моменты для этих контуров: | | Тогда моменты для этих контуров: |
| $$M_{k1} = BS_1\cdot \cos \alpha =\pi R^2I\cdot \frac{2}{\pi+2}B\cdot \cos \alpha$$ | | $$M_{k1} = BS_1\cdot \cos \alpha =\pi R^2I\cdot \frac{2}{\pi+2}B\cdot \cos \alpha$$ |
| $$M_{k2} = BS_2\cdot \cos \alpha = \frac{1}{2}\pi R^2I\cdot \frac{\pi}{\pi+2}B\cdot \cos \alpha$$ | | $$M_{k2} = BS_2\cdot \cos \alpha = \frac{1}{2}\pi R^2I\cdot \frac{\pi}{\pi+2}B\cdot \cos \alpha$$ |
| Суммарный момент контуров: | | Суммарный момент контуров: |
| $$M_k = \frac{1}{2}\pi R^2 BI \cdot \cos \alpha \cdot \frac{\pi + 4}{\pi +2}$$ | | $$M_k = \frac{1}{2}\pi R^2 BI \cdot \cos \alpha \cdot \frac{\pi + 4}{\pi +2}$$ |